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Radiotele skop
Bei den beweglichen Radioteleskopen ist es bekannt, die Beweglichkeit des Spiegels dadurch herzustellen, dass dieser um zwei zueinander senkrechte Achsen schwenkbar angeordnet wird, insbesondere so, dass der Spiegel mit einer waagrechten Drehachse fest verbunden ist und dass diese in einem um die lot- rechte Achse schwenkbaren Gestell drehbar gelagert ist. Dadurch kann der Spiegel jede beliebige Stellung im Raume einnehmen und auf einen beliebigen Punkt des Himmelgewölbes eingestellt werden.
Um den Spiegel zusammen mit seiner Tragkonstruktion in jeder Stellung in bezug auf die waagrech- te Drehachse in indiffentem Gleichgewicht zu halten, ist es fernerhin bekannt, denselben mit einem
Gegengewicht zu versehen, derart, dass der Schwerpunkt des Spiegels zusätzlich seiner Tragkonstruktion und Gegengewicht auf der waagrechten Drehachse liegt. Das Gesamtgewicht des beweglichen Teiles wird somit durch das Hinzutreten des Gegengewichtes verdoppelt.
Wenn es sich um Spiegel grossen Durchmessers handelt, ist die Übertragung dieses doppelten Eigen- gewichtes auf die waagrechte Drehachse mit Schwierigkeiten verbunden, zumal bei dieser Art der Abstützung des Spiegels die Konzentration des gesamten Eigengewichtes in die eine waagrechte Drehachse unvermeidlich mit grösseren Verformungen der Spiegelfläche verbunden ist und diese unvereinbar sind mit den strengen Anforderungen, die in bezug auf ein Minimum der Abweichung von der Sollform gestellt werden.
Zu diesen Schwierigkeiten gesellt sich eine weitere dadurch, dass ein derart gelagerter Spiegel unter der Windeinwirkung infolge der nicht ausreichenden Steifigkeit der Tragkonstruktion und der Lagerung zusätzlichen Verformungen und insbesondere auch Schwingungen unterworfen ist, die umso bedeutender sein werden, je grösser der Spiegeldurchmesser ist.
Auch die durch die Windeinwirkung hervorgerufenen Verformungen sind unerwünscht, da sie die Messgenauigkeit selbst bei relativ schwachen Luftbewegungen beeinträchtigen.
Zweck der nachstehend beschriebenen Erfindung ist die vorgenannten Nachteile zu beseitigen, indem durch die neuartige Lagerung die Verformungen auf ein Mindestmass reduziert und die Anordnung der Gegengewichte vermieden wird.
Dies wird erfindungsgemäss wie folgt erreicht.
An Stelle der Lagerung des Spiegels in einer fest mit demselben verbundenen, waagrechten Drehachse, wird dieser mit einem oder mehreren kreisförmigen Segmenten fest verbunden, die bei der Schwenkung um die waagrechte Achse sich auf einer waagrechten, ebenen Rollbahn abwälzen. Ausserdem wird der Mittelpunkt bzw. die Mittelachse der kreisförmigen Segmente - Rollkränze - derart angeordnet, dass der Gesamtschwerpunkt des Spiegels einschliesslich seiner Tragkonstruktion in der Mittelachse der kreisförmigen Segmente liegt, so dass sich der Spiegel bei jeder Neigung in indifferentem Gleichgewicht befindet, ohne dass Gegengewichte zur Herstellungdieses indifferenten Gleichgewichtes angeordnet werden müssten.
Das die waagrechte Rollbahn tragende, um eine feste lotrechte Achse schwenkbare Drehgestell wird durch diese Anordnung nur mit dem halben Gewicht gegenüber der Anordnung mit Gegengewichten belastet, welcher Umstand auch seine Verformungen entsprechend herabsetzt.
Zusätzlich zu dieser erfinderischen Anordnung wird erfindungsgemäss der auf der waagrechten Roll-
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bahn sich abwälzende Rollkranz mit einer neuartigen Triebstockverzahnung versehen, die ein genaues
Abwälzen des Rollkranzes auf der Rollbahn gewährleistet und ausserdem ein Abheben des Rollkranzes von der Rollbahn in jeder Stellung formschlüssig verhindert. Dadurch wird die Gefahr des Kippens des Spiegels bei grosser Windstärke sicher vermieden. Die Anordnung besteht aus einer neuartigen Triebstockverzahnung, bei der die auf dem Rollkranz befestigten Triebstockbolzen in mit der waagrechten Rollbahn fest ver- bundene, neuartige Zahnscheiben eingreifen, die sich als innere Umhüllende der durch die Triebstock- bolzen beschriebenen Zykloide ergeben.
Das Bildungsgesetz für diese Verzahnung wird in der Beschrei- bung des Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In den Fig. l - 8 sind drei'Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Insbesondere zeigen die
Fig. l - 5 das erste Ausführungsbeispiel, wobei die Fig. l, 3 und 4 das Teleskop im Querschnitt bei ver- schiedenen Spiegelneigungen veranschaulichen, die Fig. 2 den Grundriss der Fig. 1 und die Fig. 5 die Pro- jektion des Spiegels in Richtung seiner Drehachse darstellt. Fig. 6 veranschaulicht eine von der Fig. 5 ab- weichende Anordnung der den Spiegel abstützenden Konstruktion und deren Anschluss an den die Roll- kränze tragenden, in deren Achse angeordneten Hohlzylinder. In den Fig. 7 und 8 ist die neuartige Trieb- stockverzahnung in der Seitenansicht und im Querschnitt dargestellt.
In den Querschnittszeichnungen Fig. l, 3 und 4 ist mit 1 der Parabolspiegel bezeichnet, dessen
Gitterwerk 2 (Fig. 5 und 6) sich über die Hauptrippen (Hauptspanten) 3 auf den im Querschnitt kreis- förmigen Hohlzylinder 4 abstützt. Der Hohlzylinder 4 ist durch Querscheiben 30 versteift und trägt an seinen beiden Enden je einen Zahnkranz 5 und einen Rollkranz 6 ; der Rollkranz 6 stützt sich gegen die ebene-Rollbahn 7, der Zahnkranz 5 greift in die neben der Rollbahn 7 angeordne- te Zahnstange 8 ein. Die Mittelachse 17 (Fig. 2) des im Querschnitt kreisförmigen Hohlzylinders 4, die gleichzeitig die Mittelachse der kreisförmigen Roll- und Zahnkränze 6 bzw. 7 bildet, geht durch den Schwerpunkt 10 des gesamten beweglichen Teiles der Spiegelkonstruktion hindurch.
Infolgedessen fallen in den Fig. l, 3 und 4, die die Konstruktion im Querschnitt darstellen, die Pro- jektionen der Mittelpunkte der kreisförmigen Rollkränze 6 und der Zahnkränze 5 sowie die Pro- jektion der Mittelachse 17 des im Querschnitt kreisförmigen Hohlzylinders 4 mit der Projektion des
Schwerpunktes 10 der gesamten beweglichen Spiegelkonstruktion (Punkt 10,17) zusammen. Das Lot
11, das durch den Schwerpunkt 10 hindurchgeht bzw. seine Projektion in den Fig. l, 3 und 4, trifft die Rollbahn 7 im Berührungspunkt 12 derselben mit dem Rollkranz 6, so dass sich der Spiegel bei allen Neigungen gegen die Waagrechte, u. zw. ohne Zuhilfenahme von Gegengewichten in in- differentem Gleichgewicht befindet.
Zu seinem Antrieb sind somit nur die Widerstände aus der rollen- den Reibung und eventuell aus dem auf dem Spiegel einwirkenden Winddruck zu überwinden.
Der Parabolspiegel ist an seinem äusseren Umfang mit dem Randring 9 versehen, der von den Hauptspanten getragen wird und an dem sich das Gitterwerk 2 des Parabolspiegels nach aussen ab- stützt.
Das Brennpunkttragwerk kann sich bei der Anordnung der Hauptspanten wie in Fig. 6 unmittelbar an drei Enden derselben, in den Punkten 70 als Dreibein abstützen.
Soll der Spiegel auch um die lotrechte Achse schwenkbar sein, so ist, wie in den Fig. l, 2,3 und 4 vorgesehen, die Rollbahn 7 und die Zahnstange 8 auf einem Drehgestell gelagert, das aus der oberen Plattform 13, den Stützen 14 und der unteren Drehscheibe 15 besteht und das sich durch Ver- mittlung der Laufrollen, 16 auf den Schienen 18 abstützt. Zusätzlich und mit Rücksicht auf die erforderliche Genauigkeit der Drehbewegung um die lotrechte Achse 19 ist noch ein Drehzapfen 20 im Gründungskörper des Teleskops angeordnet, um den sich die Drehscheibe 15 durch Vermittlung des Lagers 21 dreht.
Die Bewegung des Spiegels bei seiner Schwenkung um die waagrechte Drehachse, die infolge des Abrollens mit einer gleichzeitigen waagrechten Verschiebung der gesamtenbeweglichenSpiegelkonstruktion verbunden ist, erfolgt im Ausführungsbeispiel durch die Schubstange 22, die einerseits durch das Drehgelenk 23 an den Hauptspant 3 und anderseits durch das Drehgelenk 24 an ihrem unteren Ende mit dem Antriebsrad 25 verbunden ist. Dieses Antriebsrad 25 ist anseinem Umfang mit einer Verzahnung 26 versehen, die in die Verzahnung des Ritzels 27 eingreift.
Das Ritzel 27 ist über seine Welle 29 über nicht eingezeichnete Vorgelege, insbesondere über einen nicht eingezeichneten selbstsperrenden Schneckentrieb mit dem Antriebsmotor derart verbunden. dass wohl der Spiegel durch den Motor angetrieben werden kann, umgekehrt jedoch eine am Spiegel einwirkende Kraft nicht in der Lage ist, etwa durch Windeinwirkung, den Spiegel in Bewegung zu versetzen. Mit 28 ist die Drehachse des Antriebsrades 25 bezeichnet.
Aus den Fig. l, 3 und 4 ergibt sich, dass die Schubstange 22 in der Lage ist, denSpiegel aus einer
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annähernd lotrechten Lage (Fig. l) bis in die waagrechte Lage (Fig. 4), und wenn erforderlich. noch darüber hinaus zu bewegen. Die Schwenkung um weitere 900 um die waagrechte Achse erfolgt im Ausführungs- beispiel durch Drehung des Drehgestelles um die lotrechte Achse 19 und Wiederaufrichten des Spie- gels mittels der Schubstange 22. Dadurch kann durch den Spiegel jeder Punkt des Himmelgewölbes anvisiert werden.
Es ist natürlich auch möglich durch doppelten Schubstangenantrieb eine Beweglichkeit um die waagrechte Achse um 1800'zu erreichen, so dass in diesem Falle nur eine Schwenkung um die lotrechte Achse von ebenfalls 1800 erforderlich wird.
In Fig. 6 sind zum Unterschied zu der Fig. 5 drei Hauptspanten 3 vorhanden, die sich alle direkt an den Hohlzylinder 4 abstützen und dadurch den Randring 9 in kleineren Abständen, d. h. in sechs
Punkten unterstützen. Bei ganz grossen Spiegeldurchmessern ist diese Anordnung mit Rücksicht auf die For- derung nach möglichst geringen Deformationen vorteilhaft.
In den Fig. 7 und 8 ist die neuartige Triebstockzahnstange im Längsschnitt und im Querschnitt darge- stellt ; sie bewirkt eine genaue Abwälzung des Rollkranzes 6 auf der Rollbahn 7 und verhindert gleich- zeitig ein Abheben des Spiegels von der Rollbahn. Die Anordnung besteht aus dem kreisförmigen Wälz- körper 41 mit dem Rollkranz 5 der sich auf der Schiene 40 mit der Rollbahn 7 abstützt. Der
Wälzkörper 41 ist zu beiden Seiten mit radialen, in untereinander in gleichen Abständen angeordne- ten Armen 31 versehen, die über den Rollkranz 5 entsprechend hinausragen und an ihren äusseren
Enden mit seitlich auskragenden Bolzen 32 ausgestattet sind. An Stelle fester Bolzen 32 können auch an diesen Bolzen drehbare Rollen vorgesehen werden, um die Reibung mit den Zähnen der Zahn- stange herabzusetzen.
Der Abstand 33 der Bolzen 32 vom Rollkranz 56 und ihr gegenseitiger Abstand auf dem Teil- kreis 55 ist so gewählt, dass die beim Abwälzen von den Bolzenmittelpunkten beschriebene Zykloide
34 entsprechend grosse Schleifen 35 bildet, so dass im Inneren dieser Schleifen als Umhüllende der Bolzenquerschnitte sich ovale Zähne 36 ergeben, die durch die Zwischenstücke 37 mit der Zahnstange 38 verbunden sind. Diese hier zur Mittelebene des Wälzkörpers 41 symmetrisch angeordnete
Zahnstange 38 ist durch die Schrauben 39 mit der Schiene 40 fest verbunden. Der ganze feststehende Teil, d. h. Triebstockzahnstange und Rollbahn sind im Drehgestell 13,14, 15 gelagert.
In Fig. 7 ist das Bildungsgesetz für die Form der Zähne 36 dargestellt, indem für den Mittelpunkt des Rollkranzes eine Reihe von in gleichen Abständen liegender Punkte 42,43, 44,45, 46,47, 48,49, 50,51, 52,53, 54 angenommen wurde und zu jeder dieser Stellungen die entsprechende Lage der Bolzen 32 eingetragen worden ist. Für die Rollkranz-Mittelpunkte 45,50 und 51 sind auch die Abwälzkreise 56 und die Teilkreis 55 eingetragen.
Aus dem Längsschnitt der Fig. 7 erkennt man, dass stets eine Anzahl von Bolzen 32 von der Unterseite die Zähne 36 umgreifen, derart, dass ein Abheben des Wälzkörpers 41 von der Rollbahn der Schiene 40 nicht möglich ist. So befindet sich für die Mittelpunktlage 50 des Wälzkörpers 41 einer der Bolzen 32 im Tiefstpunkt des betreffenden Zahnes 36, während die beiden anschliessenden Bolzen die Nachbarzähne in den Punkten 57 und 58 berühren, deren gegenseitiger Abstand 59 grösser ist als der lichte Abstand 60 der Punkte 61,62 an denen die Bolzen vorbeigleiten müssten.
Ebenso verhält es sich bei der Lage 45 des Mittelpunktes des Wälzkörpers 41, wo der Abstand der Berührungspunkte 64,65 der Bolzen 32 kleiner ist als der Abstand 66 der Punkte 67, 6g auf dem äusseren Umfang der betreffenden Zähne ; auch hier können somit die genannten Bolzen bei einer Abhebebewegung des Rollkranzes nicht vorbeigleiten. Es ist somit in allen Fällen eine Abhebebewegung senkrecht zur Richtung der Rollbahn nicht möglich.
Aus dem Querschnitt (Fig. 8) ist der räumliche Zusammenhang zwischen den vorbeschriebenen Teilen der Fig. 7 ersichtlich.
Die erfindungsgemässe Anordnung, die in den Ausführungsbeispielen für einen im Querschnitt parabolischen Rotationsspiegel beschrieben worden ist, lässt sich auch besonders vorteilhaft auf einen zylin- drischenSpiegel von parabolischen Querschnitt anwenden, der dannnurumdie waagrechteAchseschwenk- bar ist. Denn hier handelt es sich um Spiegel grosser Länge und entsprechend grossem Gewicht, bei denen auch das Gegengewicht sehr gross sein muss. Ausserdem bedingt die Anordnung einer festen, waagrechten Drehachse schwierige Konstruktionen, wenn die Forderung nach geringen Formänderungen erfüllt sein soll.
In der Fig. 7 ist am linken Ende der Zeichnung die Möglichkeit angedeutet, wie durch Anordnung einer Gegenführung 69 eine zusätzliche Sicherung gegen das Herausgleiten der Bolzen 32 aus den Zähnen 36 geschaffen werden kann ; eine solche Massnahme dürfte jedochinden meistenFällen nicht erforderlich sein.