DE69614061T2 - Verschleissanzeiger, insbesondere für thermoplastischen Radom und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verschleißanzeiger, insbesondere für ein aus thermoplastischem Spritzgußmaterial hergestelltes Radom. Sie bezieht sich euch auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Radoms, das mit diesem Verschleißanzeiger versehen ist.
• Ein Antennenradom ist eine Schutzhülle für eine Antenne. Es ist aus einem Material, das mit dem Empfang der elektromagnetischen Wellen durch die Antenne kompatibel ist, üblicherweise bisher auf der Basis eines Glas-Epoxymaterials, das ein durch Wärme härtbares Material ist.
• Insbesondere, wenn dieses Radom zum Schutz der an Flugzeugen montierten Antennen verwendet wird (der Flugzeugnase, der Oberseite, den Flügelspitzen u. s. w.) hat man festgestellt, daß der Aufprall von Regentropfen auf ein solches Radom aus wärmehärtbarem Material einen raschen Verschleiß und schließlich eine Perforierung und Zerstörung des Radoms hervorruft. Diese Erscheinung nimmt mit der Geschwindigkeit der Flugzeuge zu und wird insbesondere bei modernen Überschall-Flugzeugen beobachtet.
• Eine erste Lösung zur Beseitigung dieses Phänomens der Erosion durch Regen wurde in der Verwendung von speziellen Farbbeschichtungen gesehen, was sich aber letztlich als unzureichend herausgestellt hat.
• Einen großen Fortschritt auf diesem Gebiet bestand in jüngster Zeit im Ersatz des wärmehärtbaren Glas-Epoxymaterials durch ein thermoplastisches Material, nämlich das unter dem Namen PEEK bekannte Material (Polyäther-Äther-Keton), das bei hoher Temperatur und unter hohem Druck ausgeformt wird.
• Trotz der sehr guten Eigenschaften unterliegen diese Materialien doch einer Erosion aufgrund der aufprasselnden Regentropfen, und es ist notwendig, daß der Benutzer oder Flieger dauernd oder periodisch Informationen hierüber erhält.
• Derzeit gibt es zwei Lösungen, um Kontrollinformationen über den Verschleiß dieser modernen thermoplastischen Radome zu erhalten:
• - Eine erste sehr einfache, aber dafür recht unpraktische Lösung besteht darin, örtlich auf dem Radom ein zusätzliches Material aufzubringen, das einen Verschleißanzeiger bildet. Es ist dann notwendig, daß dieses zusätzliche Material in einer Zone angebracht wird, in der es den Empfang oder die Aussendung der Hochfrequenzwellen nicht stört, was die Möglichkeiten des Einsatzes begrenzt. Außerdem kann bei nach oben gerichteten Antennen, die optisch nur schwierig zugänglich sind, beispielsweise an der Oberseite des Flugzeugs, der Verschleiß an diesem zusätzlich aufgebrachten Material praktisch von einem Beobachter nicht erfaßt werden, der sich im allgemeinen am Boden befindet.
• - Eine andere Lösung besteht darin, ein speziell für die Messung des Verschleißes am Radom entwickeltes Meßgerät zu verwenden. Es handelt sich typisch um ein rohrförmiges Gerät, das koaxial auf den Scheitel des Radoms aufgesetzt wird, an den es angepaßt ist. Ein Meßinstrument vergleicht dann den Abstand zwischen einem Festpunkt des Meßgeräts und dem Scheitel des Radoms. Dieser Abstand nimmt mit dem Verschleiß des Radoms zu.
• Diese letztgenannte Lösung ist zwar intellektuell gesehen sehr befriedigend, aber in der Praxis sehr schwerfällig und teuer. Man braucht nämlich ein Meßgerät, das an die Dimensionen jedes Radoms angepaßt ist, und muß alle diese Meßgeräte lagern und warten. Außerdem erfordert jede Messung die Demontage des Radoms, um es auf den Boden zu bringen und die Messung durchführen zu können, worauf das Radom wieder am Flugzeug montiert werden muß.
• Aus der Europäischen Patentanmeldung 0 158 116 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Radoms mithilfe von übereinanderliegenden Faser-Gewebeschichten und Kunststofffolien bekannt. Gemäß einer Ausführungsform besteht die äußerste Schicht aus einem gegen die Erosion durch Regentropfen widerstandsfähigen Material und besitzt eine andere Farbe als die darunterliegenden Schichten. So bildet sie einen Erosionsanzeiger für das Radom.
• Dieses bekannte Verfahren bietet in der Tat einen zuverlässigen Verschleißanzeiger, aber es ist nur anwendbar bei einem Radom mit einer Schichtstruktur. Sobald der dem Regen ausgesetzte Teil dieser äußeren Schicht, die am widerstandsfähigsten ist, durch Erosion verschwindet, ist dies zwar durch einen Wechsel der Farbe erkennbar, aber es kann bereits zu spät sein, da die Gesamtdicke des Radoms im allgemeinen gering ist (unter 2 mm) und da diese darunterliegenden Schichten nicht hinreichend widerstandsfähig sind und während der Benutzung des Radoms brechen können. Eine visuelle Kontrolle kann also den Eindruck erwecken, daß das Bauteil noch in Ordnung ist, während nur noch eine ganz geringe Dicke der äußeren Schicht verblieben ist und die Erosion nach dem Verschwinden dieser verbliebenen äußeren Schicht schnell zunimmt. Außerdem ist dieses bekannte Verfahren praktisch nicht anwendbar, wenn das Radom durch Spritzguß hergestellt wird, da es insbesondere schwierig ist, eine äußere farbige Schicht einer konstanten und sehr genau bestimmten Dicke herzustellen, und da selbst, wenn man ein solches Radom herstellen könnte, diese Herstellung sehr schwierig und teuer wäre, da zumindest zwei Gießformen erforderlich wären. Außerdem ist es nutzlos, die Erosion dort zu messen, wo sie nicht auftreten kann.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Erosions- oder Verschleißanzeiger, der sowohl für gegossene Gegenstände als auch für geschichtete Gegenstände einfach herstellbar ist und eine Verschleiß- oder Erosionsanzeige deutlich früher liefert, als diese Gegenstände zu zerbrechen drohen.
• Gegenstand der Erfindung ist also ein Verschleißanzeiger für ein zu überwachendes Bauteil, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus mindestens einem Klötzchen einer anderen Farbe als die des Materials des Bauteils besteht und in die Struktur dieses Bauteils integriert sowie derart in diesem Bauteil positioniert ist, daß der aufgrund des Verschleißes des Bauteils sichtbar werdende Bereich des Klötzchens eine Anzeige für den Verschleißgrad bietet. Vorzugsweise hat dieses Klötzchen eine konische Form und ist so angeordnet, daß seine Achse senkrecht zur dem Verschleiß unterworfenen äußeren Oberfläche verläuft und die Spitze des Konus auf diese Oberfläche hinzeigt.
• Vorzugsweise liegt im Fall eines Radoms dieses Klötzchen am Scheitelpunkt des Radoms und koaxial zu diesem.
• Ebenfalls vorzugsweise besteht dieses Klötzchen aus demselben thermoplastischen Material wie das Radom, was den Vorteil hat, daß die Erosionsgeschwindigkeit vor und nach der Verschleißanzeige die gleiche ist.
• Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Radoms mit einem Verschleißanzeiger, das aus folgenden Schritten besteht:
• - zuerst wird ein thermoplastisches Klötzchen einer anderen Farbe als der des Körpers des Radoms und einer geringeren Dicke als der dieses Körpers hergestellt;
• - dieses Klötzchen wird dann auf den Kernteil der Spritzgußform für das Radom an der Stelle entsprechend seiner späteren Lage im Körper des Radoms angebracht;
• - nach dem Verschließen der Form wird das thermoplastische Material in diese eingespritzt, wobei sich das Klötzchen durch Anschmelzen mit dem Körper des Radoms vollständig verbindet.
• Die Erfindung, ihre Vorteile und verschiedenen Merkmale werden nun anhand eines nicht beschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels und der beiliegenden schematischen Zeichnungen näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Spritzguß- form zur Herstellung eines thermoplastischen Radoms mit diesem Erosionsanzeiger mittels Spritzguß.
• Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch das so erhaltene Radom.
• Die Fig. 3 bis 5 zeigen schematisch einen Blick von vorne auf das Radom in Fig. 2 in aufeinanderfolgenden Verschleißphasen.
• Die Fig. 6 und 7 zeigen im Schnitt Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein Radom.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Radoms beschrieben, aber natürlich ist die Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt und kann vielmehr bei jeder Anwendung eingesetzt werden, bei der man eine optische Anzeige des Verschleiß- oder Erosionsgrads eines Bauteils benötigt, insbesondere wenn man nicht direkt den Verschleißgrad ermitteln kann (nicht sichtbare Verschleißfläche des Bauteils, schwer zugängliches oder schlecht einsehbares Bauteil, das gegebenenfalls zur Durchführung der Messung demontiert werden muß).
• In dem unten beschriebenen Fall handelt es sich bei dem Verschleiß um den eines Radoms zum Schutz von Flugzeugorganen, insbesondere aufgrund einer Erosion durch Regentropfen, aber natürlich kann die Erfindung auch für Bauteile eingesetzt werden, die ganz anderen Verschleißwirkungen ausgesetzt sind (insbesondere durch Reibung).
• Zuerst wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, wobei man in Fig. 1 die Spritzgußform sieht, die zur Herstellung des Radoms 14 in Fig. 2 dient.
• Diese Form besteht zum einen aus einem Kernteil 1 mit einer Basis 2 und einem Aufbau 3 gleichen Profils wie das der inneren Oberfläche 4 des Radoms in Fig. 2. Am Scheitel ist ein Nippel 5 vorgesehen, dessen Rolle später erläutert wird. Außerdem besteht die Form aus einem konjugierten Formteil 6, das mit seiner inneren Oberfläche das gleiche Profil wie die äußere Oberfläche des Radoms 14 in Fig. 2 definiert.
• Wie üblich ist dieses Formteil 6 mit einem axialen Einspritzkanal 9 versehen, durch den die Komponenten des thermoplastischen Materials in flüssigem Zustand und unter hohem Druck und bei hoher Temperatur eingespritzt werden.
• Das thermoplastische Material gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist PEEK (Polyäther-Äther-Keton).
• Vor dem Verschließen der Form setzt man ein vorher aus PEEK einer anderen Farbe als der des Materials des Radoms spanend hergestelltes Klötzchen 10 am Scheitelpunkt des Aufbaus 3 des Kernteils 1 ein, das über eine kleine Vertiefung 11 (Fig. 2) mit zum erwähnten Nippel komplementärer Form (Fig. 2) dort gehalten wird. Der Nippel 5 dringt in diese Vertiefung ein und hält so das vorgefertigte Klötzchen fest. In einer Variante werden der Nippel 5 und die Vertiefung 11 durch eine provisorische Verklebung des Klötzchens mit dem Kernteil 1 ersetzt.
• Gemäß einer Variante könnte das Klötzchen 10 auch durch ein Spritzgußverfahren in einer kleinen hierzu vorgesehenen Form erhalten werden und nicht durch spanende Verarbeitung.
• Nach dem Verschließen der Form werden die Komponenten des PEEK für das Radom gemäß Fig. 2 durch den Einspritzkanal 9 injiziert. Der äußere Bereich des Klötzchens 10 gelangt dabei auf eine ausreichende Temperatur für ein lokales Anschmelzen, sodaß das Klötzchen sich mit dem Körper 12 des Radom aus PEEK einer anderen Farbe verschweißt und in gewisser Weise mit dem Körper 12 des Radoms 14 verschmilzt.
• Nach dem Abkühlen, dem Entformen und dem Entgraten erhält man schließlich das in Fig. 2 zu sehende Radom 14, das ganz aus PEEK ist und am Scheitelpunkt seiner inneren Oberfläche sowie zurückgesetzt bezüglich des Scheitelpunkts 13 der äußeren Oberfläche 8 ein Klötzchen 10 in einer anderen Farbe als der des übrigen Radoms 14 aufweist.
• Vorzugsweise kann das Klötzchen 10 an seiner zylindrischen Oberfläche Verankerungsmittel aufweisen, beispielsweise umlaufende Rillen oder äquivalente Mittel (radiale Vorsprünge, Gewinde u. s. w.), die verhindern, daß das Klötzchen herausgerissen wird, wenn es schlecht mit dem Körper 12 verschweißt ist und seine Vorderseite aufgrund der Erosion freigelegt wurde.
• Die Fig. 3 bis 5 zeigen die Anzeige der Erosion durch Regen mithilfe dieses Klötzchens. In den drei Figuren sieht man das Radom 14 von vorne auf seiner tragenden Basis 15.
• Dringt die Erosion aufgrund der Regentropfen noch nicht so weit vor, daß der Scheitelpunkt der äußeren Oberfläche 8 des Radoms 14 bis zum Klötzchen 14 abgetragen wurde, dann hat das Radom das Aussehen gemäß Fig. 3 und sein Scheitelpunkt zeigt dieselbe Farbe wie der Rest des Radoms.
• Wenn dagegen aufgrund der Regen-Erosion die Dicke des Radoms an seinem Scheitelpunkt weiter abnimmt, beginnt das Klötzchen sichtbar zu werden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, d. h. zuerst in Form von Flecken mit der Farbe des Klötzchens und Flecken in der Farbe des Radoms. Dies beruht auf der Tatsache, daß die Erosion durch die Regentropfen nicht gleichförmig, sondern punktförmig erfolgt, wobei jeder auftreffende Regentropfen ein kleines Materialstück herausteißt.
• Wenn bei weiterer Erosion das ganze PEEK-Material mit der Farbe des Körpers 12 des Radoms an der Stirnseite 16 (Fig. 2) des Klötzchens 10 verschwindet, wird letzteres deutlich in seiner Farbe sichtbar, wie dies Fig. 5 zeigt. Das Radom 14 muß dann ausgetauscht werden.
• Gemäß einer Variante der Erfindung kann man mehrere Klötzchen in einer gleichen Zone oder über die ganze zu überwachende äußere Oberfläche verteilt anordnen. Diese Klötzchen sind dann in verschiedene Farben eingefärbt und haben unterschiedliche Längen, was die verschiedenen Verschleißgrade zu bestimmen erlaubt. Selbstverständlich darf der Farbstoff nicht die dielektrischen Eigenschaften des Radoms beeinträchtigen.
• In Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klötzchens zu sehen. Das Radom 17 enthält im vorderen Bereich ein konisches Klötzchen 18. Die Achse dieses Konus verläuft senkrecht zur äußeren Oberfläche des Radoms und fällt im vorliegenden Fall mit der Achse des Radoms zusammen. Dies braucht jedoch nicht der Fall zu sein, wenn nicht der Scheitelpunkt des Radoms die Stelle maximaler Erosion ist. Die Spitze des Konus kann in der äußeren Oberfläche des Radoms enden oder geringfügig gegenüber dieser zurückgesetzt sein. Natürlich unterscheidet sich wie vorher die Farbe des Klötzchens von der des Radoms. Mit Hilfe eines solchen Klötzchens kennt man in jedem Augenblick den Verschleißgrad des Radoms, der proportional zur Größe der sichtbaren Oberfläche des Klötzchens ist.
• Wie Fig. 7 zeigt, kann das Radom 19 mehrere zylindrische oder konische Klötzchen aufweisen, die an den der Erosion am meisten ausgesetzten Stellen angebracht sind. In dieser Figur sind drei solche Klötzchen 20, 21 und 22 gezeigt.
• Natürlich können die erfindungsgemäßen Klötzchen auch in einem Radom mit Schichtstruktur verwendet werden.
• Die Erfindung kann auch für andere Bauteile als ein Antennenradom eingesetzt werden, die einem Verschleiß ausgesetzt sind, wenn man ihre Dicke nicht unmittelbar bestimmen kann.
• Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt, das oben beschrieben wurde. So ist es insbesondere günstig, wenn man den Empfang der elektromagnetischen Wellen nicht stören will, das Klötzchen aus demselben thermoplastischen Material herzustellen, aus dem auch der Körper 12 des Radoms besteht, aber dies ist nicht unbedingt nötig, denn das Klötzchen könnte auch aus einem thermoplastischen Material einer anderen Art gebildet werden. Auch könnte dieses Klötzchen in der Farm durch Ansaugen und nicht durch ein mechanisches Mittel gehalten werden. Auch könnte das Klötzchen, anstatt im Scheitelpunkt des Radoms 14 und koaxial zu diesem, mehr oder weniger bezüglich dieser Achse je nach der Stelle des maximalen Auftreffens der Regentropfen versetzt sein. In den meisten Anwendungsfällen sind die Abmessungen des Klötzchens natürlich ausreichend gering, um die Homogenität der Qualitäten der sie enthaltenden Bauteile nicht ungünstig zu beeinflussen.

Claims (11)

1. Verschleißanzeiger für ein zu überwachendes Bauteil (14), dadurch gekennzeichnet, daß er aus mindestens einem Klötzchen (10) einer anderen Farbe als die des Materials des Bauteils besteht und in die Struktur dieses Bauteils integriert sowie derart in diesem Bauteil positioniert ist, daß der aufgrund des Verschleißes des Bauteils sichtbar werdende Bereich des Klötzchens eine Anzeige für den Verschleißgrad bietet.

2. Verschleißanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Klötzchen eine zylindrische Form besitzt.

3. Verschleißanzeiger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Klötzchen auf seiner zylindrischen Oberfläche Verankerungsmittel aufweist.

4. Verschleißanzeiger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere Klötzchen unterschiedlicher Länge und Farbe aufweist.

5. Verschleißanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Klötzchen eine konische Form besitzt.

6. Verschleißanzeiger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu überwachende Bauteil ein Radom ist.

7. Verschleißanzeiger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Radom aus thermoplastischem Material ist.

8. Verschleißanzeiger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Klötzchen (10) im Scheitelpunkt des Radoms (14) und koaxial hierzu angeordnet ist.

9. Verschleißanzeiger nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Klötzchen (10) aus demselben thermoplastischen Materials wie das Radom (14) ist.

10. Verschleißanzeiger nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Klötzchen (10) auf der Innenseite (4) des Radoms eine Vertiefung (11) besitzt, die zu einem Nippel (5) zum Verankern des Klötzchens (10) komplementär ist, der am Kernteil (1) der Spritzgußform für das Radom vorgesehen ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Radoms mit einem Verschleißanzeiger nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte aufweist:

- Zuerst wird ein thermoplastisches Klötzchen (10) einer anderen Farbe als der des Körpers (12) des Radoms und einer geringeren Dicke als der dieses Körpers hergestellt;

- dieses Klötzchen (10) wird dann auf den Kernteil (1, 3) der Spritzgußform für das Radom an der Stelle (5) entsprechend seiner späteren Lage im Körper (12) des Radoms angebracht:;

- nach dem Verschließen der Form wird das thermoplastische Material in diese eingespritzt, wobei sich das Klötzchen durch Anschmelzen mit dem Körper (12) des Radoms vollständig verbindet.